CN107523726A

CN107523726A - 具有极高强度的含双相α+β的镁锂合金及其加工工艺

Info

Publication number: CN107523726A
Application number: CN201710821236.5A
Authority: CN
Inventors: 杨长江
Original assignee: Guangzhou Xianzhi Technology Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Xianzhi Technology Co Ltd; Guangzhou Yuzhi Technology Co Ltd
Priority date: 2017-09-13
Filing date: 2017-09-13
Publication date: 2017-12-29

Abstract

本发明公开了一种具有极高强度的含双相α+β的镁锂合金及其加工工艺，按重量百分比计，合金的组成为：Li:6.0‑9.0wt.%，Bi:1.0‑2.0wt.%,In:1.0‑3.0wt.%,Si:0.2‑0.4wt.%,Zr:0.1‑0.2wt.%,Fe:0.2‑0.4wt.%,Al:0.2‑0.4wt.%，余量为镁。该铸造合金在氩气的保护下感应熔炼，冶炼加工方法简单，生产成本比较低。可以将合金的力学性能提高30%以上。耐较高的使用温度，在100度下使用没有明显的力学性能衰退现象。使得合金在需要器件轻量化的场合有了进一步的具体应用，便于工业化大规模应用。

Description

具有极高强度的含双相α+β的镁锂合金及其加工工艺

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种镁锂合金。

背景技术

镁锂合金是密度最小的合金材料，密度一般为1.35-1.65g/cm³。随着当今世界对结构材料轻量化、减重节能、环保以及可持续发展的要求日益提高，镁锂合金在需要轻量化结构材料的交通、电子、医疗产品等领域也展现出广阔的应用前景。镁锂合金轻、比刚度高、导电导热，可以作为电器壳体和仪表盘，有效减重；优异的电磁屏蔽性能以及超轻高强特性，是作为制导部件和控制舱壳体的理想材料；超轻高强特性使之成为尾翼减重的最佳材料。此外，镁锂合金还可用于制造导弹尾翼及控制舱壳体、电器电路基板、电控装备的外壳、陀螺仪，装甲材料，武器瞄准装置，单兵作战时携带的轻武器和装备，以及担架、弹夹等。镁锂合金具有优异的电磁屏蔽性能，采用镁锂合金制备3C产品零部件，不仅能够实现减重效果，还能够减少电磁干扰，使传输的数据更真实准确。而其作为壳体材料使用时还能够减少电磁对人体的损害。

按照重量百分比，在镁锂二元合金中，当锂含量小于5.7wt.%时，合金为单相α组织(锂在hcp镁中的固溶体); 当锂含量大于l0.3wt.%时，合金为单相β组织(镁在bcc锂中的固溶体); 当锂含量介于5.7wt.%和l0.3wt.%中间时，合金为双相a+β组织。由于镁具有密排六方晶格，一般镁合金的变形能力均较差。而在镁锂合金中，α相具有密排六方结构，β相具有体心立方结构。相对于密排六方晶格，体心立方晶格具有较多的滑移系，在镁锂合金中，由于锂元素的引入将提高合金的变形加工能力。

镁锂合金强度很低，作为结构材料直接使用并不现实。国际上通过合金化技术，凝固方式，以及制备相关的复合材料等手段不断提高合金的综合性能和加工技术。然而现有的镁锂合金的力学性能还比较低（屈服强度90-120MPa，抗拉强度140-160MPa，延伸率6-18%）。严重的制约了该类合金在航空航天，电子，军工上的进一步应用。要进一步扩大镁锂合金的使用范围和市场容纳量，就必须要尽可能的提高该类合金的强度。提高合金强度的办法，可以通过合金化的办法实现，也可以通过后续的热处理和形变来实施。镁锂合金中最常见的合金化方式是加入Al和Zn元素来进一步提高合金的强度。加入合金元素不仅可以和镁锂基体结合生成金属间化合物来进行第二相强化，也可以通过固溶到hcp或者bcc相中形成固溶强化。目前，国际上还通过添加锡以及稀土元素等来进一步提高合金的综合性能。可以预计通过进一步的优化稀土合金种类和含量，镁锂合金的力学性能还可以进一步的大幅度提高。

本专利提供了一种具有极高强度的双相α+β镁锂合金新产品，且该合金属于变形合金。在装备要求轻量化的条件下当作结构件使用时，不仅可以大大降低重量，还可以通过利用合金的高强度进一步降低合金的使用量。预计在不久的将来，高强度的镁锂合金在能源，电力，通讯，交通等领域会得到大规模的使用，并会在更多的工程领域有更为深入的应用拓展。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有极高强度的双相α+β镁锂合金新产品及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有极高强度的含双相α+β的镁锂合金，按重量百分比计，合金的组成为：Li:6.0-9.0wt.%，Bi: 1.0-2.0wt.%, In: 1.0-3.0wt.%, Si: 0.2-0.4wt.%, Zr: 0.1-0.2wt.%, Fe: 0.2-0.4wt.%, Al: 0.2-0.4wt.%，余量为镁。

上述镁锂合金的制备方法，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚。感应加热到750-850度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右。将合金液体在750-850度保温静置10分钟后浇铸到水玻璃或者石墨模具内进行铸造成型。将铸锭在室温下进行变形处理，每道次的轧下量为20-30%。每3道次轧制需要进行一次中间热处理来消除加工硬化，工艺为：250度保温1个小时。轧制后的最终热处理工艺为：真空固溶处理280度保温4小时；真空时效处理210度保温4小时。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）提供一种具有极高强度的含双相α+β的镁锂合。该变形镁锂合金在氩气的保护下感应熔炼，冶炼加工方法简单，生产成本比较低。

（2）相对于传统的镁锂合金，本专利申请保护的新型高强度镁锂合金力学性能提高30%以上。耐较高的使用温度，在100度下使用没有明显的力学性能衰退现象。使得合金在需要器件轻量化的场合有了进一步的具体应用，便于工业化大规模应用。

具体实施方式

实施例1

一种具有极高强度的含双相α+β的镁锂合。按重量百分比计，合金的化学成分为：Li:8.5wt.%, Bi:1.4wt.%, In: 1.3wt.%, Si: 0.3wt.%, Zr: 0.2wt.%,Fe: 0.3wt.%, Al:0.3wt.%,余量为镁。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚。感应加热到800度，形成合金溶液，并利用电磁效应充分搅拌10分钟左右。将合金液体在800度保温10分钟浇铸到水玻璃模具内进行铸造成型。等完全凝固后取出铸件。将铸锭在室温下进行变形处理，每道次的轧下量为20%。每3道次轧制需要进行一次中间热处理来消除加工硬化，工艺为：250度保温1个小时。轧制后的最终热处理工艺为：真空固溶处理280度保温4小时；真空时效处理210度保温4小时。所得的高强度镁锂合金力学性能为：弹性模量为81GPa，屈服强度为132MPa，抗拉强度为197MPa，延伸率为10.3%。耐较高的使用温度，在100度下使用没有明显的力学性能衰退现象。该合金在室温下使用超过2年时间，未见明显的力学性能衰减。

实施例2

一种具有极高强度的含双相α+β的镁锂合。按重量百分比计，合金的化学成分为：Li:7.8wt.%, Bi:1.6wt.%, In: 1.3wt.%, Si: 0.2wt.%, Zr: 0.2wt.%,Fe: 0.3wt.%, Al:0.2wt.%,余量为镁。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚。感应加热到800度，形成合金溶液，并利用电磁效应充分搅拌10分钟左右。将合金液体在800度保温10分钟浇铸到水玻璃模具内进行铸造成型。等完全凝固后取出铸件。将铸锭在室温下进行变形处理，每道次的轧下量为20%。每3道次轧制需要进行一次中间热处理来消除加工硬化，工艺为：250度保温1个小时。轧制后的最终热处理工艺为：真空固溶处理280度保温4小时；真空时效处理210度保温4小时。所得的高强度镁锂合金力学性能为：弹性模量为87GPa，屈服强度为139MPa，抗拉强度为204MPa，延伸率为12.3%。耐较高的使用温度，在100度下使用没有明显的力学性能衰退现象。该合金在室温下使用超过2年时间，未见明显的力学性能衰减。

实施例3

一种具有极高强度的含双相α+β的镁锂合。按重量百分比计，合金的化学成分为：Li:7.3wt.%, Bi:1.4wt.%, In: 1.3wt.%, Si: 0.3wt.%, Zr: 0.2wt.%,Fe: 0.2wt.%, Al:0.4wt.%,余量为镁。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚。感应加热到800度，形成合金溶液，并利用电磁效应充分搅拌10分钟左右。将合金液体在800度保温10分钟浇铸到水玻璃模具内进行铸造成型。等完全凝固后取出铸件。将铸锭在室温下进行变形处理，每道次的轧下量为20%。每3道次轧制需要进行一次中间热处理来消除加工硬化，工艺为：250度保温1个小时。轧制后的最终热处理工艺为：真空固溶处理280度保温4小时；真空时效处理210度保温4小时。所得的高强度镁锂合金力学性能为：弹性模量为92GPa，屈服强度为143MPa，抗拉强度为224MPa，延伸率为13.1%。耐较高的使用温度，在100度下使用没有明显的力学性能衰退现象。该合金在室温下使用超过2年时间，未见明显的力学性能衰减。

Claims

1.一种具有极高强度的含双相α+β的镁锂合金，其特征在于按重量百分比计合金的组成为：Li: 6.0-9.0wt.%，Bi: 1.0-2.0wt.%, In: 1.0-3.0wt.%, Si: 0.2-0.4wt.%, Zr:0.1-0.2wt.%, Fe: 0.2-0.4wt.%, Al: 0.2-0.4wt.%，余量为镁。

2.根据权利要求1所述镁锂合金的冶炼方法，其特征在于包括如下步骤，合金的制备方法：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚，感应加热到750-850度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右，将合金液体在750-850度保温静置10分钟后浇铸到水玻璃或者石墨模具内进行铸造成型。

3.根据权利要求1所述镁锂合金的热加工方法，其特征在于包括如下步骤：将铸锭在室温下进行变形处理，每道次的轧下量为20-30%，每3道次轧制需要进行一次中间热处理来消除加工硬化，工艺为：250度，1小时，轧制后的最终热处理工艺为：真空固溶处理280度，4小时，真空时效处理210度，4小时，然后水淬。